自旋具有共振频率（或者自旋进动频率）。在ESR应用中，共振频率通常在 GHz范围内（微波频率）。在操作中，共振器120可以在电子自旋的共振频率处生成微波磁 场以操作电子自旋。
[0043] 示例共振器装置100还可以用于生成检测信号。通过样品区域160中的电子自旋 的进动在整个共振器120上所感应出的电压，可以产生检测信号。例如，随着自旋在外部磁 场中进动，自旋可以感应地耦合至共振器。共振器120可以将检测信号传送至端子IIOa和 110b。端子IlOa和IlOb可以将检测信号传送至可以对该信号进行检测、记录等的外部系 统。
[0044] 图2A、2B和2C是三个示例共振装置200、230和260的表面线圈的顶视图。示例 共振器装置200、230和260的端子包括具有多个部分的分支结构以例如将功率按多个阶段 分割至端子分段。如图2A、2B和2C所示，示例共振装置200、230和260中的端子分段分别 耦合至2个、4个和8个共振器。三个示例装置200、230和260可以包括图1的示例共振装 置100的某些或全部特征。例如，三个示例表面线圈可以由沉积在基板上的超导电材料制 成，其中接地导电平面在该基板的相对侧上。共振器装置中可以包括附加或不同的部分或 者组件，并且可以用其它方式来配置共振器。
[0045] 所示的示例共振器装置200、230和260包括具有示例大小（例如，长度、宽度、间 距等）和参数（例如，阻抗等）的组件。根据装置的期望特性和功能、应用、系统要求、以及 其它标准，可以设计、实现、修改或者配置这些尺寸和参数。在所示的示例中，示例共振装置 200、230和260包括各具有宽度W。和长度L。=A/2的半波共振器阵列，其中A是微波信 号的波长。各邻接成对的共振器之间的间距是S。还可以使用其它长度、宽度、间距或类型 的共振器。
[0046] 图2A、2B和2C中所示的示例共振器装置200、230和260是镜像对称的。在接下 来的讨论中，说明各示例共振器装置200、230和260的右半部分；左半部分在镜像的方位上 具有相同结构。共振器装置可以用其它类型的对称来构建，共振器装置还可以具有不对称 结构。
[0047] 图2A是示出包括两个共振器202的第一示例共振器装置200的表面线圈的顶视 图。第一示例共振器装置200的端子204包括两个部分：具有长度L1和宽度Wi的第一部分 206,以及长度是L2的第二部分。第一部分206的长度（LD可以被设计成对在外部微波发 射器和连接器的不连续处所产生的所有边缘场和消逝模进行抑制，而第一部分206的宽度 (W1)可以被设计成实现第一部分206的期望阻抗值。例如，宽度（W1)可以被设计为在第一 部分206中具有50Q的传输线，这依赖于基板（例如，图1中的基板130)的高度和介电常 数。在第二部分208处，50Q的传输线可以被分割成两个较小的1〇〇Q的分段205,其各自 具有与共振器202的宽度相同的宽度W。。分支结构可以用作功率分割器，其中，各分段205 可以用作与共振器202之一匹配的馈线，以提供最大的功率传输。
[0048] 在图2A中所示的示例中，宽度是G的间隙220在共振器202的末端和两个分段205 之间延伸。间隙220可以包括介电材料、真空或介电材料和真空的组合。在一些示例中，间 隙220可以在分段205和共振器202之间提供电容性耦合。间隙220的大小（G)可以影响 装置200的品质因数Q。例如，如果间隙220的大小与两个邻接共振器202之间的间距S相 比小，则间隙220可以利用分段205之一和对应的共振器202之一之间的串联电容器来模 拟。另一方面，如果间隙220的大小G增加，则分段205和接地平面（例如，图1中的接地 平面142)之间的并联电容以及各分段205和各共振器202的尖端之间的间电容可以影响 耦合部分。参考图6示出馈线和共振器之间的间隙大小对品质系数Q的一些示例影响。
[0049] 图2B是示出包括4个共振器232的第二示例共振器装置230的表面线圈的顶视 图。第二示例共振器装置230的端子234包括3个部分：长度是L1的第一部分236、长度 是L2的第二部分238和长度是L3的第三部分240。作为示例，与第一示例共振器装置200 的第一部分206类似地，第一部分236可以是具有宽度W1的50 Q的微带线。第一部分236 分割成具有宽度^的两个较小分支235。分支235的宽度（W2)被选择为用以实现第二部 分238中的两个分支235的期望阻抗值。例如，两个分支235可以各自是IOOfi的微带线。 第二部分238的长度（L2)可以被设计成例如保持负载阻抗不变，以使得两个并联的100 Q 的微带线形成与第一部分236中输入的50 Q微带线的阻抗相匹配的阻抗。
[0050] 在第三部分240中，各个100Q的分支235分割成两个较高阻抗传输线以限定4 个分段245。在一些实现中，第二部分238中的两个分支235之间的间距可以是2S，以使得 4个分段是与各对相邻共振器之间的间距是S的4个A/2共振器232对齐的传输线。可 以选择共振器之间的间距以调整敏感平面中的微波磁场的强度和均一性。4个分段可以通 过介电间隙250电容性耦合至4个A/2共振器232。与第一示例装置200的间隙220类 似地，间隙250可以包括介电材料、真空或介电材料和真空的组合。如之前所讨论的，间隙 250的大小G可以被设计成用以实现期望特性（例如，高品质因数和临界耦合条件）。
[0051] 图2C是示出包括8个共振器262的第三示例共振器装置260的表面线圈的顶视 图。第三不例共振器装置260的端子264包括5个连续部分：长度是L1的第一部分266、长 度是L2的第二部分268、长度是L3的第三部分270、长度是L4的第四部分272和长度是L5 的第五部分274。前四级中的各级导体在下一连续级中分割成两个导体。因此，在第一部 分266之后，各级都包括从前一级中的单个导体延伸出来的一对或多对导体。第一部分266 和第二部分268与第二示例装置230的第一部分236和第二部分238类似。例如，第一部 分266可以包括具有宽度W1的50Q的微带线，并且第二部分268可以包括两个分支255， 其各自具有宽度W2以实现IOOfi的微带线。第一部分266和第二部分268可以用其它方 式来配置。
[0052] 示例第三部分270包括4个具有宽度W3的高阻抗微带线分支265。第三部分 270 (具有长度L3)可以在功率分割的第二阶段（在268部分处）之后建立。各分支265可 以是高阻抗线（例如，Z。= 140Q~170Q)，因此宽度13可以小。在一些实现中，长度L3可 以被设计得小以使得其输入阻抗变得与从第三部分270的末端部分观看的负载阻抗相等。
[0053] 示例第四部分272是包括4个锥形分支275的锥形分支部分。锥形分支275在与 第三部分270邻接的一个末端处可以具有宽度W3，并且在与第四部分274邻接的另一个末 端处可以具有不同（更大的）宽度W4。锥形分支部分可以被设计成例如将具有宽度^的 第三部分270的高阻抗微带线转换成具有宽度W4= W2的4个100 Q的微带线来作为第五 部分274的输入线。可以选择第四部分272的长度（L4)以使得其截止频率不与示例共振 器装置260的期望共振频率发生干扰。
[0054] 示例第五部分274包括具有高阻抗微带线的8个分段285。这8个分段285耦合 至锥形分支275的较宽末端，并且具有宽度W。与共振器262的宽度匹配的8个分段285。 在一些实现中，8个分段285具有与第三部分270中的分支相同的宽度和长度（S卩，W。= W3,L5=L3)。因此，8个分段285可以呈现与第三部分270中的高阻抗微带线（例如，Z0 = 140Q-170Q)相同的特性阻抗。8个分段285可以用作馈线，并且可以经由介电间隙290 电容性耦合至8个A/2共振器262。间隙290可以包括介电材料、真空或介电材料和真空 的组合。间隙250的大小G可以被设计成实现所期望的装置特性（例如，高品质因数和临 界耦合条件）。
[0055] 在一些示例中，各部分中的各对相邻分支之间的间距可以被设计成使得最后部分 的分段与各共振器对齐。例如，在第三不例共振器装置260中，第二部分268中的两个分支 255之间的间距是4S，第三部分270中的两个相邻分支265之间的间距是2S，其中S是两个 邻接共振器262之间的间距。在一些示例中，邻接共振器之间的间距可以被选择为使得在 共振器上方生成的均一磁场出现在所期望的高度。例如，该间距可以影响共振器之间的边 缘耦合。适当的间距可以至少部分地基于由各单独共振器所生成的磁场之间的组合和干涉 所导致的有效磁场来确定。
[0056] 在一些示例中，共振器装置可以包括多于8个共振器，并且可以修改端子以对各 共振器进行馈送。例如，根据需要，功率分割阶段（例如，第四部分272和第五部分274)可 以彼此跟随地进行重复。例如，为了对16个共振器进行馈送，一个示例方法是在第三示例 共振装置260的第五部分274之后再添加两个包括8个锥形分支的阶段，然后在8个锥形 分支之后再添加16个具有高阻抗微带线的分段。可以继续该模式以通过间隙电容对共振 器的阵列进行馈送。因此，共振器的数量可以以2的幂次为倍数增加，这导致有N= 2"个 共振器。还可以应用附加或不同的方法或技术。
[0057] 在一些示例中，为了增加共振器的数量，需要更多分割级来应对将具有越来越高